“好奇号”发现了什么？

航天 · 2016-10-31 15:28:43

近一段时间，关于“好奇号”火星探测车可能发现火星生命的各种报道不绝于耳。而“好奇号”在火星上到底发现了什么？这些发现究竟有什么意义？许多读者其实不甚了了。事实上，“好奇号”登陆火星两年多来，确实取得了一系列重大的发现，而这些发现对于我们认识火星，推测火星是否可能存在生命，有十分重要的意义。美国国家航空航天局（NASA）新一代火星探测器——“好奇号”火星科学实验室于当地时间2011年11月26日发射升空，次年8月6日成功着陆在火星表面古老的盖尔撞击坑，开启了至今将近两年半的火星科学探测之旅。“好奇号”总投资高达25亿美元，是NASA迄今最昂贵的火星探测项目。“好奇号”因其强大而齐全的载荷装备被赋予了火星“超级实验室”的美誉。人们希望“好奇号”能在计划寿命两年的科学探测之旅中，深入解答人们对“火星是否有过生命”，“在远古时代火星是否有适合生存的环境”等一系统问题的疑问。水是生命之源与生存之本。如果探测到火星有水存在的证据，则可以加强火星生命探寻的科学依据。寻找水并探寻火星上可能存在的生命痕迹，正是“好奇号”最核心的科学使命。成功登陆火星后，“好奇号”围绕这两个核心科学使命循序渐进地展开其科学探测工作。据统计，近两年科研人员根据“好奇号”获取的科学成果已在美国《科学》杂志上发表了数十篇文章，寻找水和甲烷是其最主要的科学成果。那么，“好奇号”两年多来在火星上到底都发现了什么？发现火星湖泊遗迹根据NASA2013年12月9日公布的“好奇号”探测器拍摄到的火星盖尔环形山图像数据，科学家分析表明：“好奇号”虽然没有找到水的直接证据，但在探测区附近继续进行勘探，极有可能发现存在水的直接证据。2013年12月9日《科学》杂志上曾发表《火星盖尔陨石坑黄刀湾内存在适合生存的河湖环境》一文。研究者认为，盖尔陨石坑曾经存在一个非常适宜火星生物圈存活的湖泊。分析显示，这处火星湖存在于36亿年前，续存时间长达数万年甚至更久。当时，地球上的原始生命形式刚刚踏上它们的进化历程。火星的这处湖泊具有多个适合生命存活的特点，如其水体平静，水质既不过于偏酸、也不偏咸，且拥有丰富的、维持生物生存所需的化学成分等。虽然“好奇号”发布了如此宜居的地质条件，但科学家依然没有掌握火星存在远古生命的直接证据。火星土壤含有丰富水分2013年9月26日，美国伦斯勒理工学院和美国NASA等机构的研究人员在《科学》杂志上报告称，他们利用“好奇号”携带的样本分析仪，将其登陆火星后获得的第一铲细粒土壤加热到835℃的高温，结果分解出水、二氧化碳以及含硫化合物等物质，其中水的重量约占2%。伦斯勒理工学院的劳里·莱欣认为：“现在知道火星上应该有丰富的、可轻易获得的水”，这是“最令人激动的结果之一”。今后如果有人登上火星，只需在火星表面铲起土壤，然后经过加热，就可获得水。“好奇号”还发现，火星土壤重氢碳比率与大气的测量结果相似，这说明火星表面土壤与大气存在“广泛的交互作用”，火星土壤可能像海绵一样从火星大气中获得水分与二氧化碳。研究人员通过分析二氧化碳和水中的氢、碳和氧的比例发现，火星其实也曾温暖湿润，也曾有厚厚的大气层。然而，约40亿年前，火星上或许发生过大变动，导致环境剧变，这可能是由于火山喷发，也可能是猛烈的太阳风带走大部分大气等因素。不过，自那时以来，火星大气基本稳定，至今变化不大。鹅卵石证实远古火星存在河流“好奇号”在火星的盖尔陨石坑中发现了光滑的小块鹅卵石，其形状和大小显示它们应该是被水流长期冲刷、磨蚀而成，这是迄今有关远古火星存在河流的最确切证据。“好奇号”登陆火星后，地面科学家指挥它到距登陆地点约400米的“格莱内尔格”区域探测，发现这一位于盖尔陨石坑的区域有许多光滑的小块鹅卵石，与地球河床沉积物中的鹅卵石极为相似，这些鹅卵石可能是被水流冲刷、磨蚀而变光滑的。据此，研究人员还估计了盖尔陨石坑附近河流的深度和流速：要冲刷形成现如今这样尺寸的光滑鹅卵石，河流深度应介于0.03至0.9米，流速则介于每秒0.2至0.75米。研究人员表示，这一成果支持了此前所作假设，即很久以前火星上的环境比现在温暖、潮湿，可能适合原始微生物的生存。存在过大型湖泊的新证据2014年8月8日，NASA公布了几幅“好奇号”发回的照片。在其中一幅照片上，可以清晰看到夏普山底部呈现出均匀分层的岩石。研究人员认为，这属于湖底沉积物形成岩石的典型样貌，该地应当距离流水注入湖泊之处不远。其他照片也从不同角度证明，盖尔陨石坑从前可能是个湖泊，但曾多次蒸发干涸，夏普山或许就是由来自陨石坑边缘高地的流水沉积物或风化沉积物层层累积而成，沉积物积累到一定高度后受到风力侵蚀，最终塑造了夏普山如今的外貌。当盖尔陨石坑成为“盖尔湖”时，夏普山可能“变身”为湖中的“夏普岛”。NASA火星探测项目首席科学家迈克尔·迈耶表示，这座湖泊非常大，也许存在了数百至上千万年，不仅为沉积物逐渐形成夏普山提供了充足时间，也为生物产生和繁衍提供了充足时间。同年12月8日NASA宣布，这座位于火星陨石坑里的山丘或许由一座大型湖泊的沉积物长期堆积、风化而成，这一发现成为火星地质历史上曾存在流动水的又一有力证据。发现甲烷——生命的迹象？适于生命存在和繁衍的环境还需要支持生命新陈代谢的有机碳和能量来源，因此“好奇号”探测战略主要是从寻找水到寻找生命遗迹的转变。甲烷是最简单的碳氢化合物，由于地球上90%至95%甲烷都是生物成因，火星大气中的微量甲烷，特别是目前仍然存在甲烷生成的过程，引起了火星生命的猜测。NASA在当地时间2014年12月16日宣布，“好奇号”样本分析仪在20个月的时间里测量了火星大气12次，检测到火星大气中含有极微量的甲烷，甲烷的浓度为7ppb（10亿分之7），并且首次确认在岩石中发现有机物，不过，科学家表示，这些有机碳还未能确定身份，这一研究成果已发表在12月16日《科学》杂志的《科学快讯》上。甲烷是一种不稳定的气体，通常仅能在大气中保存300至400年。大气中的微量甲烷暗示了火星上目前仍有活跃的甲烷生成过程。目前还不能揭示大气中的微量甲烷是生物成因还是非生物成因，如果被证实是微生物活动所产生的甲烷，那将是爆炸性的新闻——火星发现了生命！答案或许会在人类未来的火星探测任务中揭晓。NASA即将在2020年发射的新一代探测器“火星2020”，有可能继续解开火星甲烷排放的谜底。（王琴张巧玲）

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